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1、1 单桩承载力一、单桩轴向荷载传递机理和特点 二、单桩轴向容许承载力按土的支承力的确定三、单桩横轴向容许承载力的确定 四、按桩身材料强度确定单桩承载力五、关于桩的负摩阻问题back2一、单桩轴向荷载传递机理和特点(一)荷载传递过程与土对桩的支承力 (二)桩侧摩阻力的影响因素及其分布 (三)桩底阻力的影响因素及其深度效应(四)单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式back3（一）荷载传递过程 与土对桩的支承力桩基础 = 承台 + 基桩单桩承载力：单桩在荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围内，以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。 一般情况下，桩受到轴向力、横轴向
2、力及弯矩作用，因此须分别研究和确定单桩的轴向承载力和横轴向承载力。 桩的承载力是桩与土共同作用的结果，了解单桩在轴向荷载下桩土间的传力途径、单桩承载力的构成特点以及单桩受力破坏形态等基本概念，将对正确确定单桩承载力有指导意义。4桩在轴向压力荷载作用下:桩顶将发生轴向位移(沉降)=桩身弹性压缩+桩底土层压缩之和 置于土中的桩与其侧面土是紧密接触的，当桩相对于土向下位移时就产生土对桩向上作用的桩侧摩阻力。桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服这种摩阻力，桩身轴向力就随深度逐渐减小，传至桩底轴向力也即桩底支承反力，桩底支承反力=桩顶荷载-全部桩侧摩阻力 桩顶荷载是桩通过桩侧摩阻力和桩底阻力传
3、递给土体。（一）荷载传递过程 与土对桩的支承力5土对桩的支承力=桩侧摩阻力+桩底阻力桩的极限荷载(或称极限承载力)=桩侧极限摩阻力+桩底极限阻力 桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度与桩土间的变形性态有关，并各自达到极限值时所需要的位移量是不相同的。试验表明：桩底阻力的充分发挥需要有较大的位移值，在粘性土中约为桩底直径的25%，在砂性土中约为8%10%，而桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能得到充分的发挥，具体数量目前认识尚不能有一致的意见，但一般认为粘性土为46mm，砂性土为610mm。（一）荷载传递过程 与土对桩的支承力6柱桩：由于桩底位移很小，桩侧摩阻力不易得到充分发挥。对于一般柱桩，桩
4、底阻力占桩支承力的绝大部分，桩侧摩阻力很小常忽略不计。但对较长的柱桩且覆盖层较厚时，由于桩身的弹性压缩较大，也足以使桩侧摩阻力得以发挥，对于这类柱桩国内已有规范建议可予以计算桩侧摩阻力。摩擦桩： 桩底土层支承反力发挥到极限值，则需要比发生桩侧极限摩阻力大得多的位移值，这时总是桩侧摩阻力先充分发挥出来，然后桩底阻力才逐渐发挥，直至达到极限值。对于桩长很大的摩擦桩，也因桩身压缩变形大，桩底反力尚未达到极限值，桩顶位移已超过使用要求所容许的范围，且传递到桩底的荷载也很微小，此时确定桩的承载为时桩底极限阻力不宜取值过大。（一）荷载传递过程 与土对桩的支承力back7 （二）桩侧摩阻力的影响 因素及其分
5、布桩侧摩阻力=f(土间的相对位移，土的性质， 桩的刚度，时间，土中应力状态，桩的施工）桩侧摩阻力实质上是桩侧土的剪切问题。桩侧土极限摩阻力值桩侧土的剪切强度桩侧土的剪切强度=f(类别、性质、 状态和剪切面上的法向应力) 桩的刚度较小时，桩顶截面的位移较大而桩底较小，桩顶处桩侧摩阻力常较大；当桩刚度较大时，桩身各截面位移较接近，由于桩下部侧面土的初始法向应力较大，土的抗剪强度也较大，以致桩下部桩侧摩阻力大于桩上部。8 由于桩底地基土的压缩是逐渐完成的，因此桩侧摩阻力所承担荷载将随时间由桩身上部向桩下部转移。在桩基施工过程中及完成后桩侧土的性质、状态在一定范围内会有变化，影响脏侧摩阻力，并且往往也
6、有时间效应。影响桩侧摩阻力的诸因素中，土的类别、性状是主要因素。 在分析基桩承载力等问题时，各因素对桩侧摩阻力大小与分布的影响，应分别情况予以注意。在塑性状态粘性上中打桩，在桩侧造成对土的扰动，再加上打桩的挤压影响会在打桩过程中使桩周围土内孔隙水压力上升，土的抗剪强度降低，桩侧摩阻力变小。待打桩完成经过一段时间后，超孔隙水压力逐渐消散，再加上粘土的触变性质，使桩周围一定范围内的抗剪强度不但能得到恢复，而且往往还可能超过其原来强度，桩侧摩阻力得到提高。 （二）桩侧摩阻力的影响 因素及其分布9在砂性上中打桩时，桩侧摩阻力的变化与砂土的初始密度有关，如密实砂性上有剪胀性会使摩阻力出现峰值后有所下降。
7、 桩侧摩阻力的大小及其分布决定着桩身轴向力随深度的变化及数值，因此掌握、了解桩侧摩阻力的分布规律，对研究和分析桩的工作状态有重要作用。由于影响桩侧摩阻力的因素即桩土间的相对位移、土中的侧向应力及上质分布及性状均随深度变比，因此要精确地用物理力学方程描述桩侧摩阻力沿深度的分布规律较复杂。 （二）桩侧摩阻力的影响 因素及其分布10如图所示两例来说明其分布变化。其中 a) 为上海某工程钢管打入桩实测资料,在粘性土中的打入桩的惦侧摩阻力沿深度分布的形状近乎抛物线，在桩顶处的摩阻力等于零，桩身中段处的摩阻力比桩的下段大。现常近似假设打入桩桩侧摩阻力在地面处为零， b) 图为我国某工程钻孔灌注桩实测资料，
8、从地面起的桩侧摩阻力呈线性增加，其深度仅为桩径的5一10倍，而沿桩长的摩阻力分布则比较均匀。而对钻孔灌注桩则近似假设桩侧摩阻力沿桩身均匀分布。 （二）桩侧摩阻力的影响 因素及其分布back11back12（三）桩底阻力的影响因素及其深度效应桩底阻力=f (土的性质，持力层上覆荷载，桩径，桩底作用力、时间及桩底端进持力层深度） 桩底地基土的受压刚度和抗剪强度大则桩底阻力也大，桩底极限阻力取决于持力层土的抗剪强度和上覆荷载及桩径大小的影响。由于桩底地基土层受压固结作用是逐渐完成的，桩底阻力将随土层固结度提高会随着时间而增长。 模型和现场的试验研究表明，桩的承载力(主要是桩底阻力)随着桩的入土深度，
9、特别是进入持力层的深度而变化。这种特性称为深度效应，桩底端进入持力砂土层或硬粘土层时，桩的极限阻力随着进入持力层的深度线性增加。达到一定深度后，桩底阻力的极限值保持稳值。这一深度称为临界深度h。13 h与持力层的上覆荷载和持力层土的密度有关。 上部荷载越小、持力层土密度越大，则h越大。 当持力层下为软弱土层也存在一个临界厚度tc 当桩底下卧软弱层顶面的距离ttc时，桩底阻力将随着t的减小而下降，持力层土密度越高、桩径越大，则tc越大。 由此可见，对于以夹于软层中的硬层作桩底持力层时，要根据夹层厚度，综合考虑基桩进入持力层的深度和桩底下硬层的厚度。必须指出，群桩的深度效应概念与上述单桩不同。在均
10、匀砂或有覆盖层的砂层中，群桩的承载力始终随着桩进入持力层的深度而增大，不存在临界深度，当有下卧软弱土层时，软弱土对单桩的影响更大。（三）桩底阻力的影响因素及其深度效应back14（四）单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式第一种情况： 当桩底支承在很坚硬的地层，桩侧土为软上层其抗剪强度很低时，（如图a)，桩在轴向受压荷载作用下，如同一根压杆似地出现纵向挠曲破坏。在荷载-沉降(P-s)曲线上呈现出明确的破坏荷载。桩的承载力取决于桩身的材料强度。15（四）单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式第二种情况： 当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层而达到强度较高的土层时(如图b)，桩在轴向受压荷载作用下，桩
11、底土体能形成滑动面出现整体剪切破坏，这是因为桩底持力层以上的软弱土层不能阻止滑动土楔的形成。在PT曲线上可求得明确的破坏荷载。桩的承载力主要取于桩底士的支承力，桩侧摩阻力也起一部分作用。16（四）单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式第三种情况： 当具有足够强度的桩入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时(如图c)，桩在轴向受压荷载作用下，将会出现刺入式破坏。根据荷载大小和土质不同，试验中得到的P-S曲线上可能没有明显的转折点或有明显的转折点(表示破坏荷载)。桩所受荷载由桩侧摩阻力和桩底反力共同支承，即一般所称摩擦桩或几乎全由桩侧摩阻力支承即纯摩擦桩。back17二、单桩轴向容许承载力按土的支承力的
12、确定单桩轴向容许承载力： 单桩在轴向荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围之内所容许承受的最大荷载，它是以单桩轴向极限承载力(极限桩侧摩阻力与极限桩底阻力之和）考虑必要的安全度后求得的。确定方法有多种 ，考虑地基土具有多变性、复杂性和地域性，几种方法作综合考虑和分析，合理地确定。18二、单桩轴向容许承载力按土的支承力的确定(一)用静载试验确定单桩转向容计承载力(二)按设计规范经验公式确定单桩转向容 许承载力 (三) 按静力触探法确定单桩容许承载力(四)按动测试桩法确定单桩轴向受压容许承载力(五)按静力分析法确定单桩容许承载力back19（一)用静载试验确定单桩转
13、向容计承载力垂直静载试验法： 在桩顶逐级施加轴向荷载，直至桩达到破坏状态为止，并在试验过程中测量每级荷载下不同时间的桩顶沉降，根据沉降与荷载及时间的关系，分析确定单桩轴向容许承载力。试桩的要求： 可在已打好的工程桩，也可专门设置与工程桩相同的试验桩。考虑到试验场地的差异性及试验的离散性，不少2%，不应少于2根，试桩的施工方法以及试桩的材料和尺寸、入土深度均应与设计桩相同。20（一）用静载试验确定单桩转向容计承载力1.试验装置2.测试方法 3.极限荷载和轴间容许承载力的确定 back211.试验装置 锚桩法： 锚桩、锚梁、横梁和油压千斤顶组成， 如下图所示。 锚桩： 4一6根，入土深度等于或大于
14、试桩的入土深度。锚桩与试桩的间距应大于试桩桩径的3倍，以减小对试桩的影响。桩顶沉降常用百分表或位移计量测。观测装置的固定点(如基准桩)应与试锚桩保持适当距离可参阅表3-3。back222.测试方法加载应分级： 每级荷载约为预估的破坏荷载的1/10-1/15。有时也采用递变加载，开始1/2.51/5，终了阶段1/101/15。测读沉降时间： 每级加荷后的第一小时内，按2、5、15、30、45、60min测读一次，以后每隔30min测读一次，直至沉降稳定为止。沉降稳定的标准： 对砂性土为30min内不超过0.lmm，对粘性土为lh内不超过0.lmm。232.测试方法终止试验： 待某一级沉降稳定后，
15、施加下一级。循此加载观测，直至桩达到破坏状态。破坏状态标准：所相应施加的荷载即为破坏 荷载 （1）桩的沉降量突然增大，总沉降量大于40mm，且本级荷载下的沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍以上。 (2) 本级荷载下桩的沉降量为前一级荷载下沉降量的2倍，且24h桩的沉降未趋稳定。back243.极限荷载和轴间容许承载力的确定 极限荷载 破坏荷载求得以后，可将其前一级荷载作为极限荷载，从而确定单桩轴向容许承载力 P=Pj/K式中：P单桩轴向受压容许承载力(kN); Pj 试桩的极限荷载(kN); K 安全系数，一般为2。253.极限荷载和轴间容许承载力的确定破坏荷载的标准方面的分歧意见： 因为上述破
16、坏标准虽然也符合桩开始破坏时将发生剧烈的或不停滞的下沉这一概念，但却人为地统一规定了以某个沉降值或沉降速率作为破坏标准，实际上对处于各种土层中的桩，在破坏荷载下的沉降量及沉降速率是不相同的。因此，比较准确地确定桩极限荷载的方法，应当根据试验测得资料所作成的试验曲线来分析，分析试桩曲线的方法很多，下面仅介绍两种常用方法。263.极限荷载和轴间容许承载力的确定（1）P-S曲线明显转折点法 在由静载试验绘制的P-S曲线上，以曲线出现明显下弯转折点所对应的作用荷载作为极限荷载，如图所示。这是因为当荷载超过极限荷载后，桩底下土达到破坏阶段发生大量塑性变形，引起起桩发生较大或长时间仍不停止的沉降，所以在P-S曲线上呈现出明显的下弯转折点。但有时P-S曲线的转折点不明显，此时极限荷载就难以确定，需借助其他方法辅助判定，例如用对数坐标绘制logP-logS曲线，可能使转折点显得明确些。273.极限荷载和轴间容许承载力的确定back283.极限荷载和轴间容许承载力的确定 (2)S-logt法(沉降速率法) 这种方法是按沉降随时间的变化特征来确定极限荷载的，根据以往大量的试桩资料分析，发现桩在破坏荷载以前
